21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者倪雨晴、實(shí)習(xí)生朱梓燁 深圳報(bào)道

今年以來(lái)，第三代半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展熱度進(jìn)一步攀升，產(chǎn)業(yè)內(nèi)各企業(yè)合作頻繁的同時(shí)，擴(kuò)產(chǎn)動(dòng)作也不斷。繼3月英飛凌宣布收購(gòu)加拿大氮化鎵系統(tǒng)公司后，6月初，三安光電也與意法半導(dǎo)體宣布合資建設(shè)碳化硅工廠。

作為三代半產(chǎn)業(yè)中較為成熟的兩類應(yīng)用材料，碳化硅與氮化鎵以高頻高功率低損耗的優(yōu)勢(shì)在多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景中獲得了廣闊市場(chǎng)，其中備受矚目的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域正是新能源汽車。

在近日2023集邦咨詢第三代半導(dǎo)體前沿趨勢(shì)研討會(huì)上，TrendForce集邦分析師龔瑞驕表示：“碳化硅市場(chǎng)的發(fā)展受到了新能源產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，特別是新能源汽車的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了碳化硅產(chǎn)業(yè)的騰飛。氮化鎵在汽車市場(chǎng)的前景也很不錯(cuò)，許多OEM和Tier1非?？春玫壴谄囀袌?chǎng)的應(yīng)用，但是仍需要產(chǎn)業(yè)界共同努力推進(jìn)發(fā)展。”

根據(jù)集邦咨詢預(yù)測(cè)，在下游應(yīng)用與市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，碳化硅功率元件市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的16.1億美金成長(zhǎng)到2026年的53.3億美金，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到35%；而氮化鎵功率元件的市場(chǎng)規(guī)模將從2022年的1.8億美金成長(zhǎng)到2026年的13.3億美金，復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)65%。

其中，新能源汽車是目前占比最高的應(yīng)用場(chǎng)景。根據(jù)CASA Research數(shù)據(jù)，2022年國(guó)內(nèi)碳化硅和氮化鎵功率電子器件市場(chǎng)上，新能源汽車規(guī)模占65%，其次為快充電源、消費(fèi)類電源、工業(yè)及商業(yè)電源、光伏及儲(chǔ)能等。

隨著新能源汽車滲透率不斷上升，第三代半導(dǎo)體也正在加速“上車”的進(jìn)程，各企業(yè)都期待抓住這一重要的發(fā)展趨勢(shì)占據(jù)市場(chǎng)份額。

車用碳化硅功率元件年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)38%

目前碳化硅仍在迭代發(fā)展中，但其在汽車領(lǐng)域已經(jīng)有不少應(yīng)用，并且還在高速成長(zhǎng)。龔瑞驕指出，預(yù)計(jì)車用碳化硅功率元件市場(chǎng)將從2022年的10.9億美金成長(zhǎng)到2026年的39.8億美金，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到38%。

談及碳化硅在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用情況，芯聚能高級(jí)總監(jiān)王亞哲說(shuō)：“在電動(dòng)汽車上，SiC（碳化硅）器件的主要應(yīng)用場(chǎng)景包含OBC（車載充電器）、車載空調(diào)、主驅(qū)逆變器。鑒于車載要求小體積、輕量化、高效率、高可靠性，OBC應(yīng)用可以較好地呈現(xiàn)出SiC的價(jià)值?！?/p>

他還提到，隨著電動(dòng)汽車架構(gòu)加速邁向800V電壓平臺(tái)，傳統(tǒng)的硅基功率器件方案很難滿足純電車對(duì)能耗的要求，碳化硅MOSFET將成為電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)控制器的首選方案。同時(shí)，碳化硅MOSFET用在主逆變器中，有助于800V平臺(tái)車型總體效率提高6%-8%。

但國(guó)內(nèi)碳化硅MOSFET產(chǎn)品仍然處在起步發(fā)展階段，與國(guó)際領(lǐng)先水平還有明顯的差距，當(dāng)前國(guó)內(nèi)廠商們也在不斷提升碳化硅MOSFET器件的良率和產(chǎn)能。

另一方面，海外大廠們也在持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)能，比如意法半導(dǎo)體近期和三安光電進(jìn)行合作，在重慶建設(shè)碳化硅8英寸產(chǎn)線，三安光電擁有中國(guó)首條垂直整合的半導(dǎo)體產(chǎn)品線，目前也在積極擴(kuò)展汽車客戶。

值得注意的是，頭部車企都在重金投入碳化硅供應(yīng)鏈，或?qū)で蠖嘣墓?yīng)商體系。傳統(tǒng)的硅基功率半導(dǎo)體廠商如中車、比亞迪等，也在逐步進(jìn)入碳化硅市場(chǎng)。

而在國(guó)際方面，此前新能源汽車龍頭特斯拉宣布下一代平臺(tái)將減少75%的碳化硅用量，消息攪動(dòng)市場(chǎng)神經(jīng)。龔瑞驕向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者分析道：“目前來(lái)看事件影響不大，特斯拉所稱的減少碳化硅用量可能會(huì)通過(guò)技術(shù)更新或是使用其他方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如將碳化硅器件從平面型轉(zhuǎn)換為溝槽型，或是采用碳化硅器件與硅基IGBT共同封裝的方案等，來(lái)達(dá)到其預(yù)期?！?/p>

特斯拉以技術(shù)研發(fā)降低碳化硅應(yīng)用成本，也將對(duì)國(guó)內(nèi)新能源汽車品牌造成更大的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)壓力，倒逼國(guó)內(nèi)新能源車企尋找降低成本的替代方案，而這也是國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)快速跟上國(guó)際碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的創(chuàng)新機(jī)遇。

氮化鎵處于“上車”驗(yàn)證階段

相比于碳化硅，目前來(lái)說(shuō)氮化鎵在新能源汽車的領(lǐng)域應(yīng)用仍比較有限，龔瑞驕告訴記者，氮化鎵的汽車應(yīng)用目前還是處于早期階段。

他進(jìn)一步談道：“氮化鎵市場(chǎng)主要是由消費(fèi)電子驅(qū)動(dòng)，核心就來(lái)自于快充，其他消費(fèi)場(chǎng)景還包括音頻、無(wú)線充電、電源和消費(fèi)級(jí)的產(chǎn)品等等。不過(guò)同時(shí)許多廠商也早已將目光轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)中心、可再生能源等工業(yè)市場(chǎng)以及新能源汽車市場(chǎng)，有大量廠商在這方面持續(xù)研發(fā)。”

不過(guò)，氮化鎵從低功率消費(fèi)電子市場(chǎng)轉(zhuǎn)向高功率工業(yè)市場(chǎng)的進(jìn)程其實(shí)已經(jīng)開始。英諾賽科產(chǎn)品應(yīng)用總監(jiān)鄒艷波表示，高功率數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、汽車、通信電源等市場(chǎng)，這些應(yīng)用對(duì)功率密度、能效、開關(guān)頻率、熱管理、可靠性及尺寸等都提出了更高的要求。而氮化鎵因具備寬禁帶、高頻率、低損耗、抗輻射強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，正好滿足了各種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)高效率、低能耗、高性價(jià)比的要求。

“3年前大家談到氮化鎵時(shí)，普遍的想法是性能還可以，但是價(jià)格有點(diǎn)貴，當(dāng)時(shí)大多數(shù)客戶會(huì)考慮預(yù)研或者高端項(xiàng)目，對(duì)于量大的項(xiàng)目則比較保守和慎重?！编u艷波回憶道，“今天產(chǎn)業(yè)發(fā)生了很大變化，氮化鎵性能有了大幅提升，隨著技術(shù)的迭代，成本目前也跟硅器件的成本差異不大，應(yīng)用生態(tài)逐步完善?！?/p>

在他看來(lái)，氮化鎵的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，已經(jīng)做好了開始騰飛的準(zhǔn)備。目前在消費(fèi)、工業(yè)（數(shù)據(jù)中心、儲(chǔ)能）和汽車領(lǐng)域，頭部客戶都在采用英諾賽科的產(chǎn)品，比如在汽車領(lǐng)域，目前首先量產(chǎn)的是激光雷達(dá)產(chǎn)品。

車載激光雷達(dá)之外，也有部分廠商正在致力于開發(fā)用于汽車主逆變器的氮化鎵功率元件，但整體來(lái)說(shuō)在還沒(méi)有在汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大量的應(yīng)用。龔瑞驕表示，預(yù)計(jì)到2025年左右，氮化鎵功率元件會(huì)小批量地滲透到低功率的OBC和DC-DC中，再遠(yuǎn)到2030年，OEM會(huì)考慮將氮化鎵移入到逆變器。

他還指出，氮化鎵發(fā)展到一定程度后，在400V系統(tǒng)內(nèi)車載充電機(jī)的應(yīng)用中，可能與碳化硅材料形成競(jìng)爭(zhēng)，但因?yàn)榈壊牧显诟邏荷系木窒蓿?00V系統(tǒng)領(lǐng)域短期內(nèi)應(yīng)該不會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生。第三代半導(dǎo)體在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景更成熟多元后，“上車”進(jìn)程中是否會(huì)產(chǎn)生更激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，需要再進(jìn)一步觀察。